Thiết kế dây chuyền sản xuất oleum – Axit sunfuric 240000 tấn/năm bản vẽ

Chöông 1. TOÅNG QUAN 1.1. Tính chaát lí hoùa cuûa axit sunfuric. Trong hoùa hoïc, axit sunfuric ñöôïc xem laø hôïp chaát cuûa anhidrit sunfuric vôùi nöôùc. Coâng thöùc hoùa hoïc SO3.H2O hoaëc H2SO4, khoái löôïng phaân töû 98,08. Trong kó thuaät thì hoãn hôïp theo tæ leä baát kì cuûa SO3 vôùi H2O ñeàu goïi laø axit sunfuric. Neáu tæ leä SO3/H2O 1 goïi laø dung dòch cuûa SO3 trong axit sunfuric hay oleum hoaëc axit sunfuric boác khoùi. Thaønh phaàn cuûa dung dòch axit sunfuric ñöôïc ñaëc tröng bôûi phaàn traêm khoái löôïng cuûa H2SO4 hoaëc SO3. Axit sunfuric laø moät chaát loûng saùnh nhö daàu, khoâng maøu, khoái löôïng rieâng 1,859 g/cm3 ôû 00C, vaø 1,837 g/cm3 ôû 150C. Khi laøm laïnh seõ hoùa raén thaønh nhöõng tinh theå noùng chaûy ôû 10,490C. Tuy nhieân axit loûng deã coù theå chaäm ñoâng khoâng hoùa raén ôû döôùi 00C. ÔÛ 30 – 400C, baét ñaàu boác khoùi vaø khi ñun tieáp seõ taïo ra hôi SO3. Baét ñaàu soâi ôû 2900C vaø nhieät ñoä seõ taêng nhanh cho tôùi khi ngöøng giaûi phoùng SO3. Hidrat coøn laïi chöùa 98,3% H2SO4vaø soâi ôû 3380C. H2SO4 haáp thuï maõnh lieät hôi aåm vaø vì theá laø moät chaát laøm khoâ toát, aùp suaát hôi H2O treân H2SO4 caû thaûy laø 0,003mmHg. 1.2. ÖÙng duïng cuûa axit sunfuric. Axit sunfuric ñöôïc duøng roäng raõi trong nhieàu lónh vöïc cuûa neàn kinh teá quoác daân. Ñoái vôùi coâng nghieäp hoùa hoïc, axit sunfuric ñöôïc duøng saûn xuaát phaân laân, caùc axit voâ cô (axit photphoric, hidro floric, boric), muoái sunfat cuûa caùc kim loaïi khaùc nhau, trong saûn xuaát thuoác nhuoäm, caùc chaát maøu voâ cô vaø nhöõng hôïp chaát khaùc. Moät löôïng lôùn axit sunfuric, ñaëc bieät ôû daïng oleum, ñöôïc duøng vaøo coâng nghieäp toång hôïp höõu cô, thuoác nhuoäm anilin, caùc vaät lieäu vaø sôïi toång hôïp. Axit sunfuric coøn ñöôïc duøng laøm moâi tröôøng huùt nöôùc nhö dung dòch axit nitric, saáy khí, saûn xuaát chaát noå. Ngöôøi ta duøng axit sunfuric ñeå laøm saïch caùc saûn phaåm daàu löûa vaø caùc saûn phaåm thu ñöôïc töø nhöïa than ñaù. Trong luyeän kim maøu, axit sunfuric ñöôïc duøng trong cheá bieán thuûy luyeän, trong coâng nghieäp gia coâng kim loaïi ñöôïc duøng ñeå laøm saïch maøng oxit treân beà maët kim loaïi vaø trong nhieàu lónh vöïc coâng nghieäp khaùc. 1.3. Tình hình saûn xuaát, tieâu thuï axit sunfuric taïi Vieät nam vaø theá giôùi. Axit sunfuric laø moät trong nhöõng saûn phaåm coù saûn löôïng lôùn nhaát cuûa coâng nghieäp hoùa hoïc. Treân theá giôùi haøng naêm saûn xuaát treân 46 trieäu taán. ÔÛ Mó, moãi naêm saûn xuaát haøng trieäu taán axit sunfuric ñi töø khí thaûi. Saûn löôïng axit sunfuric treân theá giôùi taêng nhanh do caùc ngaønh coâng nghieäp phaùt trieån maïnh. (Baûng 1.1) ÔÛ Vieät nam hieän coù nhöõng nhaø maùy saûn xuaát axit sunfuric: (Baûng 1.2) * Nhaø maùy Suppe phoát phaùt Laâm Thao (Tænh Vónh Phuùc) * Nhaø maùy Suppe phoát phaùt Long Thaønh (Tænh Ñoàng Nai) * Nhaø maùy hoùa chaát Taân Bình (Tp. Hoà Chí Minh) Baûng 1.1. Taêng tröôûng axit sunfuric cuûa moät soá nöôùc treân theá giôùi (trieäu taán/naêm) Teân nöôùc  Naêm 1960  Naêm 1970  Naêm 1980   Lieân Xoâ  5,4  12,4  23   Mó  16,2  26,4  23   Phaùp  2,8  3,7  4,9   Anh  2,8  3,3  3,4   YÙ  2,3  3,3  3,0   Ñöùc  3,3  5,5  5,8   Nhaät  4,5  6,9  6,8   Baûng 1.2. Taêng tröôûng axit sunfuric cuûa nöôùc Vieät nam (ngaøn taán/naêm) Naêm  Mieàn Nam  Mieàn Baéc   1985  12.000  180.000   1992  52.000  240.000   2001  68.571  214.000   1.4. Nguyeân lieäu saûn xuaát axit sunfuric. Nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát axit sunfuric raát phong phuù, phoå bieán nhaát laø pirit, löu huyønh, khí cuûa ngaønh luyeän kim maøu thu ñöôïc khi hoûa luyeän quaëng sunfu, khí H2S thoaùt ra khi laøm saïch löu huyønh khoûi caùc khí thieân nhieân vaø coâng nghieäp, anhydrit, CaSO4 vaø chaát laøm saïch khí... Toång haøm löôïng löu huyønh trong voû quaû ñaát khoaûng chöøng 0,1%. Baùn saûn phaåm chuû yeáu ñeå saûn xuaát axit sunfuric laø löu huyønh dioxit. 1.4.1. Quaëng pirit: 1.4.1.1. Pirit thöôøng: Thaønh phaàn chuû yeáu cuûa quaëng pirit laø saét sunfua FeS2 chöùa 53,44% S vaø 46,56% Fe. FeS2 thöôøng ôû daïng tinh theå pirit hình laäp phöông (khoái löôïng rieâng 4,95–5,0 g/cm3), cuõng coù khi ôû daïng tinh theå macazit hình thoi (khoái löôïng rieâng 4,55 g/cm3). ÔÛ 4500C, macazit chuyeån thaønh pirit coù toûa nhieät. Quaëng pirit thöôøng gaëp laø moät loaïi khoaùng maøu vaøng xaùm, khoái löôïng ñoå ñoáng khoaûng 2200 ñeán 2400 kg/cm3 tuøy theo kích thöôùc haït quaëng. Trong quaëng coù laãn nhieàu taïp chaát nhö caùc hôïp chaát cuûa ñoàng (chuû yeáu laø FeCuS2, Cu2S, CuS), chì, keõm, niken, baïc, vaøng, coban, selen, telu, silic; caùc muoái cacbonat, sunfat canxi, magieâ … Vì vaäy, haøm löôïng thöïc teá cuûa löu huyønh trong quaëng dao ñoäng trong khoaûng 30-52%. Ngoaøi ra coøn thaáy loaïi hôïp chaát cuûa löu huyønh vaø saét coù thaønh phaàn phöùc taïp hôn nhö FenSn+1 (n≥5) goïi laø pirotin hay pirit töø. Quaëng pirit coù nhieàu ôû Nga, Taây Ban Nha, Nhaät Baûn, Canada, Boà Ñaøo Nha, Na uy, Italia … ÔÛ mieàn Baéc nöôùc ta môùi chæ phaùt hieän moät soá moû pirit, nhöng noùi chung haøm löôïng löu huyønh thaáp (khoaûng 20-30% S), tröõ löôïng khoâng lôùn laém. 1.4.1.2. Pirit tuyeån noåi. Trong quaëng pirit coù raát nhieàu taïp chaát, moät trong soá taïp chaát coù giaù trò laø ñoàng. Neáu haøm löôïng ñoàng trong quaëng pirit lôùn hôn 1% thì ñem quaëng naøy saûn xuaát ñoàng coù lôïi hôn laø ñoát tröïc tieáp ñeå saûn xuaát axit sunfuric. Tröôùc khi ñem luyeän ñoàng, thöôøng duøng phöông phaùp tuyeån noåi ñeå laøm giaøu ñoàng cuûa quaëng naøy leân khoaûng 15-20% Cu. Phaàn baõ thaûi cuûa quaù trình tuyeån noåi chöùa khoaûng 32-40%S goïi laø quaëng pirit tuyeån noåi, duøng ñeå saûn xuaát axit sunfuric. Cöù tuyeån 100 taán quaëng thu ñöôïc 15-20 taán tinh quaëng ñoàng vaø 80-85% taán pirit tuyeån noåi. Neáu tieáp tuïc tuyeån laàn hai seõ thu ñöôïc tinh quaëng pirit chöùa tôùi 45-50%S. Quaëng pirit tuyeån noåi coù kích thöôùc raát nhoû (khoaûng 0,1mm ) vaø ñoä aåm khaù lôùn (12-15%) gaây khoù khaên cho quaù trình vaän chuyeån vaø ñoát. Vì vaäy tröôùc khi söû duïng phaûi saáy ñeå giaûm haøm aåm xuoáng. 1.4.1.3. Pirit laãn than. Than ñaù laø moät soá moû coù laãn caû quaëng pirit, coù loaïi chöùa tôùi 3-5%S laøm giaûm chaát löôïng cuûa than. Vì vaäy phaûi loaïi boû caùc cuïc than coù laãn pirit. Phaàn than cuïc loaïi boû naøy chöùa tôùi 33-42%S vaø 12-18%C goïi laø pirit laãn than. Pirit laãn than tuy coù haøm löôïng löu huyønh lôùn nhöng khoâng theå ñoát ngay ñeå saûn xuaát axit sunfuric vì haøm löôïng cacbon trong ñoù raát lôùn, khi chaùy: - Nhieät löôïng toûa ra raát lôùn, laøm nhieät ñoä khí taêng cao, coù theå laøm cho loø ñoát mau choùng bò phaù huûy. - Tieâu toán nhieàu oxi laøm giaûm noàng ñoä SO2 vaø O2 trong khí loø, gaây khoù khaên cho caùc giai ñoaïn tieáp theo cuûa quaù trình saûn xuaát. Vì vaäy phaûi nghieàn vaø röûa quaëng laãn than ñeå giaûm haøm löôïng cacbon trong quaëng xuoáng 3-6% (rieâng loø lôùp soâi coù theå ñoát ñöôïc caû quaëng coù haøm löôïng C cao). ÔÛ mieàn Baéc nöôùc ta, moû than Na döông (Laïng sôn) cuõng chöùa nhieàu löu huyønh (coù maãu töø 6-8%S). Vieäc nghieân cöùu taùch ñöôïc löu huyønh khoûi than coù yù nghóa kinh teá kó thuaät raát lôùn vì taêng ñöôïc chaát löôïng than, ñaûm baûo an toaøn (traùnh hieän töôïng than bò boác chaùy) ñoàng thôøi taän duïng ñöôïc nguyeân lieäu ta phaûi mua ôû nöôùc ngoaøi. 1.4.2. Löu huyønh nguyeân toá(S). Löu huyønh nguyeân toá laø moät trong nhöõng daïng nguyeân lieäu toát nhaát ñeå saûn xuaát axit sunfuric vì: - Khi ñoát S ta thu ñöôïc hoãn hôïp khí coù haøm löôïng SO2 vaø O2 cao. Ñieàu naøy raát quan troïng trong vieäc saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp tieáp xuùc. - Löu huyønh chöùa raát ít taïp chaát (ñaëc bieät laø caùc hôïp chaát cuûa asen) vaø khi chaùy khoâng coù xæ neân ñôn giaûn ñöôïc daây chuyeàn saûn xuaát ñi raát nhieàu. - Khi saûn xuaát vôùi qui moâ lôùn vaø xa nguoàn nguyeân lieäu thì löu huyønh laïi laø nguyeân lieäu reû tieàn. Löu huyønh ñöôïc söû duïng chuû yeáu trong caùc ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát axit sunfuric (khoaûng 50% toång löôïng S), coâng nghieäp giaáy, xenluloâ (khoaûng 25%), noâng nghieäp (10-15%)… 1.4.3. Thaïch cao. Thaïch cao cuõng laø moät nguoàn nguyeân lieäu phong phuù ñeå saûn xuaát axit sunfuric vì nhieàu nöôùc treân theá giôùi coù moû thaïch cao (CaSO4.2H2O hoaëc CaSO4). Ngoaøi ra trong quaù trình saûn xuaát axit photphoric, supe photphat keùp, nitrophot, nitrophotka… cuõng thaûi ra moät löôïng lôùn CaSO4. Thöôøng thöôøng, töø thaïch cao, ngöôøi ta saûn xuaát lieân hôïp caû axit sunfuric vaø ximaêng. Muoán theá, ñoát hoãn hôïp thaïch cao, ñaát seùt vaø than trong loø quay. Khi ñoù, CaSO4 bò khöû, cho SO2 ñem ñi saûn xuaát axit sunfuric; phaàn xæ coøn laïi theâm moät soá phuï gia, ñem nghieàn ñeå saûn xuaát ximaêng. 1.4.4. Caùc chaát thaûi coù chöùa S. 1.4.4.1. Khí loø luyeän kim maøu. Khí loø trong quaù trình ñoát caùc quaëng kim loaïi maøu nhö quaëng ñoàng, chì thieác, keõm… coù chöùa nhieàu SO2. Ñaây laø moät nguoàn nguyeân lieäu reû tieàn ñeå saûn xuaát axit sunfuric vì cöù saûn xuaát 1 taán ñoàng, coù theå thu ñöôïc 7,3 taán SO2 maø khoâng caàn loø ñoát quaëng trong daây chuyeàn saûn xuaát axit sunfuric. Thaønh phaàn khí loø phuï thuoäc vaøo nguyeân lieäu, caáu taïo loø vaø ñieàu kieän ñoát. Rieâng ôû loø nung vaø loø lôùp soâi, thaønh phaàn khí töông töï nhö khi ñoát quaëng pirit neân coù theå duøng tröïc tieáp ñeå saûn xuaát axit sunfuric. Coøn khí caùc loø khaùc, coù theå duøng khí thieân nhieân (metan) ñeå khöû SO2 thaønh S. 1.4.4.2. Khí dihidro sunfua. Khi coác hoùa than, khoaûng 50% löôïng löu huyønh coù trong than seõ ñi theo khí coác, chuû yeáu ôû daïng H2S (95%). Löôïng H2S khí coác haøng naêm treân toaøn theá giôùi tôùi haøng trieäu taán. Thu hoài löôïng H2S naøy khoâng nhöõng coù yù nghóa kinh teá maø coøn ñaûm baûo ñieàu kieän veä sinh coâng nghieäp. Töø H2S coù theå saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp xuùc taùc öôùt hoaëc ñem saûn xuaát löu huyønh nguyeân toá. 1.4.4.3. Khoùi loø. Khi ñoát than trong loø cuûa caùc noài hôi, löu huyønh vaø caùc hôïp chaát cuûa noù coù trong than seõ chuyeån thaønh SO2. Haøng naêm treân theá giôùi ñoát haøng tæ taán than, trong ñoù khoùi loø ñaõ thaûi vaøo khí quyeån haøng chuïc trieäu taán löu huyønh. taát nhieân muoán söû duïng ñöôïc noù coøn phaûi giaûi quyeát vaán ñeà thu hoài vaø laøm giaøu khí SO2 hoaëc thieát laäp sô ñoà saûn xuaát axit sunfuric tröïc tieáp töø khí SO2 ngheøo. 1.4.4.4. Axit sunfuric thaûi. Sau khi duøng axit sunfuric laøm taùc nhaân huùt nöôùc, tinh cheá daàu moû, sunfo hoùa caùc hôïp chaát höõu cô… seõ thu ñöôïc chaát thaûi chöùc nhieàu H2SO4 (20-50%). Trong coâng ngheä gia coâng kim loaïi vaø cheá taïo maùy, sau khi röûa kim loaïi cuõng thu ñöôïc chaát thaûi chöùa 2-4% H2SO4 vaø khoaûng 25% FeSO4. Chaát thaûi khi saûn xuaát TiO2 chöùa 15-20% H2SO4 vaø 45-55% FeSO4. Coù 3 höôùng söû duïng chaát thaûi naøy: - Taùch caùc taïp chaát roài coâ ñaëc ñeå thu hoài H2SO4. - Phaân huûy nhieät thu hoài SO2 ñeå saûn xuaát axit sunfuric. - Duøng tröïc tieáp vaøo caùc muïc ñích khoâng caàn axit sunfuric saïch. Toùm laïi, nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát axit sunfuric raát phong phuù. Tæ leä giöõa caùc daïng nguyeân lieäu duøng saûn xuaát axit sunfuric khoâng ngöøng thay ñoåi theo thôøi gian vaø tuøy töøng nöôùc. Hieän nay, tính chung treân toaøn theá giôùi thì tæ leä caùc nguyeân lieäu chính duøng ñeå saûn xuaát axit sunfuric nhö sau: Löu huyønh chieám khoaûng 2/3, pirit 1/6, coøn laïi laø caùc daïng nguyeân lieäu khaùc. 1.5. Caùc qui trình coâng ngheä saûn xuaát axit sunfuric. 1.5.1. Giôùi thieäu chung. Nhìn chung, coâng ngheä saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp tieáp xuùc goàm caùc giai ñoaïn sau: - Chuaån bò nguyeân lieäu. - Saûn xuaát khí SO2. - Tinh cheá khí SO2. - Oxi hoùa coù xuùc taùc SO2 thaønh SO3. - Haáp thuï SO3 ñeå taïo ra axit sunfuric (hoaëc oleum). - Hoaøn thaønh saûn phaåm. Ñoái vôùi coâng ngheä saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp nitrozo nguyeân lí cuõng ñi töø khí SO2; song ñeå oxi hoùa thaønh SO3 vaø cho ra saûn phaåm axit sunfuric, ngöôøi ta duøng NO2 hay dung dòch axit HNO3. 1.5.2. Cô cheá lí hoaù trong caùc qui trình. 1.5.2.1. Ñoát nguyeân lieäu. 1.5.2.1.1. Ñoát pirit. Khi ñoát pirit, ñaàu tieân coù phaûn öùng trung gian phaân huûy nhieät: 2 FeS2
2 FeS + S2 – 103,9kJ (1-1) Caáu taïo phaân töû FeS2 töông töï caáu taïo phaân töû cuûa peroxit kim loaïi hoùa trò 2. Vì vaäy, quaù trình phaân huûy FeS2 cuõng gioáng phaân huûy peroxit thaønh oxit vaø oxi. Hôi löu huyønh taùch ra seõ chaùy gioáng nhö khi ñoát löu huyønh nguyeân toá: S2 + 2O2
2SO2 + 724,8 kJ (1-2) Sau khi taùch löu huyønh, nguyeân lieäu trôû neân xoáp, taïo ñieàu kieän toát cho noù tieáp tuïc chaùy. FeS cuõng chaùy theo phaûn öùng: 4 FeS + 7O2
2Fe2O3 + 4SO2 (1-3) hoaëc 3 FeS + 5O2
Fe3O4 + 3SO2 (1-4) Vì ñaây laø phaûn öùng giöõa nhieàu phaân töû neân chöa xaùc ñònh ñöôïc cô cheá chính xaùc cuûa noù. Hieän nay coù moät soá giaû thuyeát sau: Thuyeát thöù nhaát cho raèng giai ñoaïn ñaàu tieân cuûa quaù trình oxi hoùa FeS laø taïo thaønh uoái saét sunfat, sau ñoù môùi phaân huûy thaønh oxit. Thuyeát khaùc laïi cho raèng FeS bò oxi hoùa tröïc tieáp töø caùc oxit. Theo K.M. Malin, quaù trình oxi hoùa FeS ôû nhieät ñoä thaáp coù giai ñoaïn trung gian taïo thaønh muoái sunfat, coøn ôû nhieät ñoä cao thì tröïc tieáp thaønh caùc oxit. Duø theo cô cheá naøo thì quaù trình phaûn öùng chaùy cuûa pirit cuõng xaûy ra theo phöông trình toång quaùt sau: 4 FeS + 11O2
2Fe2O3 + 8SO2 + 3415,7kJ (1-5) hoaëc 3 FeS + 8O2
Fe3O4 + 6SO2 + 2438,2kJ (1-6) Ñieàu kieän thuaän lôïi cho phaûn öùng … laø nhieät ñoä cao, haøm löôïng SO2 trong khí vaø haøm löôïng caùc taïp chaát khoâng chaùy trong quaëng lôùn. 1.5.2.1.2. Ñoát S. Löu huyønh laø moät phi kim loaïi ñieån hình, coù ñoä aâm ñieän lôùn (2,6), chæ keùm caùc halogen, oxi vaø nitô. Vì vaäy, löu huyønh laø phi kim loaïi hoaït ñoäng maïnh, taùc duïng vôùi nhieàu ñôn chaát (chæ khoâng keát hôïp tröïc tieáp ñöôïc vôùi iot, nitô, vaøng vaø Platin), hôïp chaát theå hieän tính oxi hoùa vaø khöû maïnh. Ñoái vôùi nhöõng nguyeân toá coù ñoä aâm ñieän nhoû hôn, löu huyønh theå hieän tính oxi hoùa. Caùc nguyeân toá naøy chaùy trong hôi löu huyønh (gioáng nhö trong oxi), phaûn öùng phaùt nhieät, taïo thaønh nhöõng sunfua coù coâng thöùc hoùa hoïc gioáng caùc oxit töông öùng. Löu huyønh coù aùi löïc raát lôùn vôùi oxi, noù chaùy trong khoâng khí cho ngoïn löûa maøu xanh raát beàn vaø phaùt nhieàu nhieät: S + O2 = SO2 + 297 kJ (1-7) 1.5.2.1.3. Ñoát H2S. ÔÛ traïng thaùi loûng H2S bò ion hoùa moät phaàn: H2S … H2S = SH3+ + SH- Tích soá ion cuûa dihidro sunfua: [SH3+] [SH-] = 3.10-3 Trong nöôùc noù bò ion hoùa nhieàu hôn: H2S + HOH = OH3+ + S- Dihidro sunfua coù hai tính chaát hoùa hoïc quan troïng laø tính khöû maïnh vaø tính axit yeáu (trong dung dòch nöôùc). Khí H2S laø moät chaát khoâng beàn (ñoä beàn keùm nöôùc roõ reät), deã bò phaân huûy cho löu huyønh vaø hidro: H2S = H2 + S (1-8) Khí H2S chaùy trong khoâng khí, cho ngoïn löûa maøu xanh nhö ngoïn löûa cuûa löu huyønh. Phaûn öùng chaùy nhö sau: 2H2S + O2 = 2H2O + 2S (1-9) S + O2 = SO2 (1-10) 1.5.2.1.4. Ñoát thaïch cao. Khi phaân huûy thaïch cao (CaSO4.2H2O) ñaàu tieân noù bò khöû nöôùc keát tinh thaønh CaSO4 khan, ñeán 1400 – 15000C CaSO4 bò khöû theo phaûn öùng: CaSO4 = CaO + SO2 – 489,6 kJ (1-11) Khi coù C, SiO2, Al2O3, Fe2O3 … nhieät ñoä phaân huûy seõ giaûm xuoáng 2CaSO4 + C = 2CaO + 2SO2 + CO2 – 566,2 kJ (1-12) 1.5.2.2. Laøm saïch khí. Khí loø töø loïc ñieän khoâ sang coù nhieät ñoä khoaûng 350-4000C, khi tieáp xuùc vôùi axit töôùi ôû caùc thaùp röûa (noàng ñoä axit ôû thaùp röûa I khoaûng 60-75% H2SO4, ôû röûa II 25-35% H2SO4) seõ ñöôïc laøm nguoäi xuoáng khoaûng 60-80 0C. Ta bieát, trong khí loø luoân luoân coù moät löôïng nhoû SO3 vaø hôi nöôùc. Khi haï nhieät ñoä, chuùng seõ taùc duïng vôùi nhau taïo thaønh hôi axit sunfuric (ôû nhieät ñoä cao, hôi H2SO4 bò phaân li thaønh SO3 vaø H2O). Vì nhieät ñoä axit töôùi töông ñoái thaáp, neân khi tieáp xuùc vôùi noù, ñoä quaù baõo hoøa cuûa hôi axit sunfuric trong khí loø raát lôùn, vöôït quaù ñoä quaù baõo hoøa tôùi haïn, daãn ñeán vieäc taïo muø. Muø axit sunfuric taïo thaønh, chæ moät phaàn (khoaûng 30-50%) ñöôïc haáp thuï trong thaùp röûa, phaàn coøn laïi ñöôïc taùch ôû caùc loïc ñieän öôùt. Ñeå taùch muø axit trong caùc thaùp röûa toát, phaûi giaûm noàng ñoä vaø nhieät ñoä axit töôùi ôû thaùp röûa II vaø thaùp taêng aåm. khi ñoù ñoä aåm töông ñoái cuûa khí loø taêng vaø caùc haït muø seõ haáp thuï theâm hôi nöôùc vaøo, laøm taêng kích thöôùc cuûa chuùng. ÔÛ caùc loïc ñieän öôùt vaø thaùp taêng aåm, ngoaøi muø axit caùc taïp chaát nhö asen, selen, telu, buïi xæ… cuõng ñöôïc taùch khoûi doøng khí. Axit cuøng caùc taïp chaát chaûy vaøo thuøng chöùa cuûa thaùp röûa II, sau ñoù chuyeån sang thuøng chöùa cuûa thaùp röûa I. ÔÛ giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình taïo muø trong thaùp röûa I (nhieät ñoä khoaûng 1500C), noàng ñoä axit trong caùc haït muø khaù cao (95-98% H2SO4) sau giaûm daàn vì muø haáp thuï theâm hôi nöôùc. Nhöng quaù trình haáp thuï hôi nöôùc khoâng theå ñaït ñeán traïng thaùi caân baèng hoaøn toaøn vaø do ñoù muø axit ñi ra khoûi caùc thaùp röûa vaø taêng aåm bao giôø cuõng coù noàng ñoä cao hôn (khoaûng 4-7%) noàng ñoä axit töôùi vaøo caùc thaùp töông öùng. Hoãn hôïp khí töø thaùp taêng aåm ra thöïc teá laø baõo hoøa hôi nöôùc. Nhieät ñoä caøng cao thì haøm löôïng hôi nöôùc trong khí caøng lôùn. Ñeå saáy khoâ hoãn hôïp khí, ngöôøi ta thöôøng duøng dung dòch axit sunfuric ñaäm ñaëc ñeå haáp thuï hôi nöôùc. Haøm löôïng hôi nöôùc trong hoãn hôïp khí ra khoûi thaùp saáy khoâng ñöôïc lôùn hôn 0,01% theå tích (0,08g H2O/m3 khí). Saáy khí baèng dung dòch axit sunfuric noùi rieâng vaø haáp thuï khí baèng chaát loûng noùi chung laø quaù trình chuyeån chaát töø pha khí vaøo pha loûng. Hình 1.1. Sô ñoà quaù trình haáp thuï p1,p2: Noàng ñoä khí bò haáp thuï trong pha khí vaø ôû maøng khí. C1,C2: Noàng ñoä khí bò haáp thuï trong pha loûng vaø ôû maøng loûng. Coù theå giaûi thích cô cheá quaù trình naøy nhö sau: ÔÛ beà maët phaân chia giöõa 2 pha luoân luoân hình thaønh 2 maøng khoâng chuyeån ñoäng: maøng khí vaø maøng loûng. Caùc phaân töû khí bò haáp thuï seõ khueách taùn töø pha khí qua maøng khí ñeán beà maët phaân chia pha qua maøng loûng vaøo pha loûng. Nhö vaäy coù theå xem quaù trình haáp thuï laø quaù trình khueách taùn cuûa khí qua maøng loûng vaø maøng khí. Toác ñoä haáp thuï phuï thuoäc vaøo toác ñoä khueách taùn cuûa khí qua 2 maøng ñoù hoaëc chæ do toác ñoä khueách taùn cuûa khí qua maøng khí quyeát ñònh – neáu toác ñoä cuûa khueách taùn khí qua maøng loûng raát lôùn vaø ngöôïc laïi. Coù nhieàu ñeà nghò laøm saïch khí khoûi taïp chaát maø khoâng chuyeån chuùng sang traïng thaùi muø axit. Hieän coù hai höôùng giaûi quyeát: - Laøm nguoäi khí baèng dung dòch axit sunfuric coù noàng ñoä vaø nhieät ñoä sao cho caùc taïp chaát trong khí (ôû daïng hôi) bò haáp thuï treân beà maët axit töôùi maø khoâng taïo muø (phöông phaùp haáp thuï). - Duøng chaát raén haáp phuï taïp chaát ôû nhieät ñoä cao maø khoâng caàn phaûi laøm nguoäi vaø röûa hoãn hôïp khí (phöông phaùp haáp phuï). Neáu saûn xuaát axit sunfuric töø nguyeân lieäu S vaø H2S thì khoâng caàn thieát coù coâng ñoaïn laøm saïch khí naøy. Vì khí H2S (thu ñöôïc töø khí thaûi) ñaõ röûa caån thaän neân sau khi ñoát, khoâng caàn laøm saïch khí nöõa. 1.5.2.3. Quaù trình oxi hoùa SO2 thaønh SO3. Phaûn öùng oxi hoùa SO2 : SO2 + 0,5O2 = SO3 + Q (1-13) laø phaûn öùng toûa nhieät giaûm theå tích. Haèng soá caân baèng phaûn öùng: Kcb =
(1-1) Pso3, Pso2, Po2: aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc caáu töû ôû traïng thaùi baân baèng, atm. Leõ ra phaûi duøng ñaïi löôïng fugat thay cho aùp suaát rieâng phaàn nhöng thöïc teá, trong ñieàu kieän coâng nghieäp (quaù trình oxi hoùa SO2 tieán haønh ôû treân 4000C vaø 1atm) söï sai khaùc ñoù khoâng ñaùng keå, do ñoù vaãn söû duïng phöông trình treân. Möùc chuyeån hoùa laø tæ leä giöõa löôïng SO2 ñaõ bò oxi hoùa thaønh SO3 vaø toång löôïng SO2 ban ñaàu: x =
(1-2) Khi phaûn öùng ñaït traïng thaùi caân baèng thì möùc chuyeån hoùa ñaït giaù trò cöïc ñaïi, goïi laø möùc chuyeån hoùa caân baèng: xcb =
(1-3) Ñaët P : aùp suaát chung cuûa hoãn hôïp khí. a,b : noàng ñoä ban ñaàu cuûa SO2 vaø O2 ,% theå tích. Keát hôïp (1-1) vaø (1-3), ta coù: xcb =
(1-4) Trong ñieàu kieän saûn xuaát, toác ñoä oxi hoùa coù yù nghóa raát lôùn vì noù quyeát ñònh löôïng SO2 oxi hoùa ñöôïc trong moät ñôn vò thôøi gian, treân moät ñôn vò theå tích xuùc taùc vaø do ñoù quyeát ñònh löôïng xuùc taùc caàn duøng, kích thöôùc thaùp chuyeån hoùa, caùc chæ tieâu kinh teá, kó thuaät khaùc. Toác ñoä phaûn öùng oxi hoùa SO2 ñöôïc ñaëc tröng baèng haèng soá toác ñoä: k = k0.
(1-5) k0 : heä soá thöïc nghieäm, ñaëc tröng cho chaát xuùc taùc, khoâng phuï thuoäc nhieät ñoä E: Naêng löôïng hoaït hoùa cuûa phaûn öùng, J/mol. Caùc giaù trò E vaø heä soá k0 tra theo baûng (1.3), haèng soá toác ñoä k tra theo baûng (1.4) Baûng 1.3. Giaù trò E (kJ/mol) vaø k0 cuûa xuùc taùc vanadi Nhieät ñoä(0C)  X  E  k0   Vuøng khueách taùn trong   < 440  > 0,6  267  3,74.1019   440 – 530  -  59,9  2,25.104   > 530  -  0  2,79   Vuøng khueách taùn ngoaøi   < 460  < 0,6  259,8  2,5.1018   Baûng 1.4. Giaù trò k(s-1.atm-1) cuûa xuùc taùc vanadi coâng nghieäp Nhieät ñoä(0C)  k  Nhieät ñoä(0C)  k  Nhieät ñoä(0C)  k   400  0,063  450  1,034  490  1,74   410  0,124  460  1,19  500  1,97   420  0,246  470  1,37  510  2,21   430  0,476  480  1,53  520  2,50   440  0,902  485  1,64  ( 530  2,79   Theo thuyeát ñoäng hoïc cuûa caùc chaát khí thì bieåu thöùc
bieåu thò phaàn phaân töû coù naêng löôïng lôùn hôn vaø baèng E, töùc laø phaàn va chaïm coù hieäu quaû daãn ñeán vieäc taïo thaønh phaân töû SO3 . Khi taêng nhieät ñoä vaø giaûm naêng löôïng hoaït hoùa thì haèng soá toác ñoä taêng. Phaûn öùng oxi hoùa SO2 trong heä ñoàng theå khoâng xuùc taùc coù naêng löôïng hoaït hoùa raát lôùn (khoaûng 120kJ/mol). Vì vaäy toác ñoä phaûn öùng voâ cuøng chaäm, thöïc teá coù theå xem nhö khoâng xaûy ra ngay caû ôû nhieät ñoä cao. Sôû dó khi khoâng coù xuùc taùc, phaûn öùng oxi hoùa SO2 coù naêng löôïng hoaït hoùa lôùn laø vì phaûi tieâu toán naêng löôïng ñeå phaù vôõ lieân keát giöõa caùc nguyeân töû trong phaân töû oxi, sau ñoù nguyeân töû oxi môùi phaûn öùng vôùi phaân töû SO2 . Quaù trình ñoù xaûy ra theo phaûn öùng sau: SO2 + O2 = SO3 + O – 148,3kJ. (1-14) Khi coù xuùc taùc, naêng löôïng hoaït hoùa giaûm do ñoù toác ñoä phaûn öùng taêng. Tieán haønh nghieân cöùu phaûn öùng oxi hoaù SO2 treân chaát xuùc taùc oxit kim loaïi vaø ñöa ra thuyeát “Hôïp chaát trung gian”: ñaàu tieân caùc chaát tham gia phaûn öùng taùc duïng vôùi chaát xuùc taùc taïo thaønh hôïp chaát trung gian, sau ñoù hôïp chaát trung gian, sau ñoù hôïp chaát trung gian phaân huûy thaønh saûn phaåm vaø hoaøn nguyeân xuùc taùc: MenOm + SO2 = MenOm-1 + SO3 (1-15) MenOm-1 + 2SO2 + O2 = MenOm-1.2 SO3 (1-16) MenOm-1.2 SO3 = MenOm + SO3 + SO2 (1-17) Thuyeát hieän ñaïi veà xuùc taùc dò theå, ngöôøi ta giaûi thích moät caùch thoáng nhaát cô cheá cuûa phaûn öùng oxi hoùa SO2 treân caû xuùc taùc kim loaïi vaø xuùc taùc oxit kim loaïi nhö sau: * Taùc duïng cuûa chaát xuùc taùc raén khi oxi hoùa SO2 (cuõng nhö trong caùc tröôøng hôïp xuùc taùc dò theå khaùc) laø laøm giaûm naêng löôïng hoaït hoùa so vôùi naêng löôïng hoaït hoùa cuûa phaûn öùng trong pha khí. * Vieäc giaûm naêng löôïng hoaït hoùa laø do phaûn öùng xaûy ra theo moät con ñöôøng môùi nhôø coù taùc duïng hoùa hoïc trung gian giöõa caùc chaát tham gia phaûn öùng vôùi chaát xuùc taùc. * Hôïp chaát trung gian xuaát hieän trong quaù trình oxi hoùa SO2 treân xuùc taùc laø hôïp chaát beà maët vaø khi taïo thaønh hôïp chaát ñoù thì caáu truùc tinh theå cuûa xuùc taùc khoâng bò thay ñoåi (saûn phaåm trung gian do taùc duïng cuûa caùc chaát khí vôùi chaát xuùc taùc khoâng taïo thaønh pha rieâng bieät). Chæ nhöõng phaân töû treân beà maët xuùc taùc môùi coù phaûn öùng vôùi caùc chaát khí. Neáu vì moät ñieàu kieän naøo ñoù (nhieät ñoä, thaønh phaàn khí…) maø caáu truùc tinh theå hoaëc thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa xuùc taùc bò thay ñoåi thì hoaït tính cuûa xuùc taùc cuõng bò thay ñoåi. * Moät trong caùc giai ñoaïn cuûa phaûn öùng xuùc taùc laø coù taùc duïng giöõa oxi vôùi chaát xuùc taùc daãn ñeán vieäc hình thaønh hôïp chaát beà maët. Phaûn öùng giöõa hôïp chaát beà maët vôùi SO2 caàn naêng löôïng hoaït hoùa nhoû hôn so vôùi khi cho taùc duïng tröïc tieáp SO2 vaø oxi phaân töû. Trong tröôøng hôïp xuùc taùc laø oxit kim loaïi thì SO2 taùc duïng vôùi oxi nguyeân töû (coù trong thaønh phaàn xuùc taùc) naèm ngay treân beà maët xuùc taùc. Nhö vaäy, phaûn öùng goàm 4 giai ñoaïn: 1. Haáp thuï SO2 leân beà maët xuùc taùc. 2. Oxi hoùa SO2 baèng oxi trong caùc phaân töû oxit kim loaïi (chaát xuùc taùc) naèm ngay treân beà maët xuùc taùc. 3. Nhaû SO3 ra khoûi beà maët xuùc taùc. 4. Haáp thuï oxi trong pha khí vaøo chaát xuùc taùc vaø hoaøn nguyeân xuùc taùc. * Nhieät taïo thaønh hôïp chaát trung gian khoâng ñöôïc lôùn hôn toång nhieät cuûa phaûn öùng quaù nhieàu. * Xuùc taùc oxit kim loaïi ñoái vôùi phaûn öùng oxi hoùa SO2 coù giôùi haïn nhieät ñoä döôùi. Taïi nhieät ñoä ñoù chuùng bieán thaønh hôïp chaát (sunfat) coù hoaït tính xuùc taùc thaáp. 1.5.2.4. Haáp thuï SO3 vaø H2SO4 thaønh oleum. Ñaàu tieân SO3 hoøa tan vaøo dung dòch H2SO4, sau ñoù phaûn öùng vôùi nöôùc trong ñoù: nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3 (4-18) Tuøy theo tæ leä giöõa löôïng SO3 vaø H2O maø noàng ñoä axit thu ñöôïc seõ khaùc nhau: Khi n > 1 saûn phaåm laø oleum Khi n = 1 saûn phaåm laø monohidrat (axit sunfuric 100%) Khi n < 1 saûn phaåm laø dung dòch axit loaõng. Thoâng thöôøng, ngöôøi ta coù xu höôùng saûn xuaát toaøn boä saûn phaåm ôû daïng oleum ñeå baûo quaûn, vaän chuyeån vaø söû duïng tieän lôïi hôn. Vì vaäy, cho hoãn hôïp khí chöùa SO3 qua thaùp coù töôùi oleum (thaùp oleum). Nhö ñaõ bieát, oleum laø dung dòch axit sunfuric 100% coù dö SO3 neân aùp suaát hôi rieâng phaàn cuûa SO3 treân noù khaù lôùn. Do haáp thuï SO3, noàng ñoä oleum taêng. Pha loaõng noù baèng löôïng axit thu ñöôïc ôû thaùp monohidrat (hay mono). Löôïng oleum laáy dö ra laøm saûn phaåm ñöa veà kho. Khi saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp xuùc taùc öôùt, trong khí ra khoûi thaùp tieáp xuùc coù chöùa moät löôïng hôi nöôùc lôùn hôn löôïng nöôùc caàn thieát ñeå taïo thaønh H2SO4. Khi laøm nguoäi, SO3 seõ taùc duïng vôùi hôi nöôùc taïo thaønh H2SO4, sau ñoù hôi H2SO4 môùi ngöng tuï. Nhö vaäy, ôû ñaây xaûy ra quaù trình ngöng tuï chöù khoâng phaûi haáp thuï SO3. SO3 100% coù hoaït tính raát cao, coù nhieàu phöông phaùp ñieàu cheá SO3 100% ôû daïng loûng. Duøng khí loø noùng chöng oleum tieâu chuaån hoaëc oleum ñaäm ñaëc trong vaøi ba noài gang, sau ñoù ngöng tuï khí SO3 bay leân, seõ ñöôïc SO3 loûng. Oxi hoùa SO2 100% baèng oxi treân xuùc taùc vanadi. Phöông phaùp naøy yeâu caàu phaûi coù SO2 vaø oxi nguyeân chaát; thieát bò, xuùc taùc cuõng ñoøi hoûi nhöõng ñieàu kieän ñaëc bieät. Phöông phaùp phoå bieán nhaát laø duøng khí noùng sau thaùp tieáp xuùc ñeå chöng oleum tuaàn hoaøn trong coâng ñoaïn haáp thuï cuûa phaân xöôûng saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp tieáp xuùc. 1.5.3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng. 1.5.3.1. Ñoát nguyeân lieäu löu huyønh: Löu huyønh ñieàu cheá theo phöông phaùp tuyeån noåi quaëng löu huyønh, coù chöùa moät löôïng taïp chaát höõu cô (taùc nhaân tuyeån noåi), khi ñoát coù theå taïo nhöõng maûng bitum gaây khoù khaên trong quaù trình chaùy S ôû ñaùy loø. Ñeå phaù caùc maûng bitum naøy, ngöôøi ta thoåi khoâng khí (suûi boït) vaøo phaàn döôùi loø. Ñoái vôùi löu huyønh baån, ngöôøi ta coøn ñoát ngay ôû daïng cuïc, vì ñoát ôû daïng noùng chaûy phaûi ñun chaûy loûng S, tro caën baùm vaøo caùc oáng truyeàn nhieät laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät, laøm taét voøi phun. Noàng ñoä cuûa oxi trong khí loø coù aûnh höôûng ñeán quaù trình ñoát, heä soá dö khoâng khí laø tæ soá khoái löôïng oxi khoâng khí vaø khoái löôïng oxi caàn ñoát caøng lôùn thì nhieät ñoä cuûa loø caøng cao. 1.5.3.2. Laøm saïch khí: Quaù trình taïo muø vaø ñieàu kieän caàn thieát ñeå ngöng tuï hôi trong theå tích laø phaûi coù hôi quaù baõo hoøa. Ñöôøng kính cuûa haït muø phuï thuoäc vaøo aùp suaát hôi trong pha khí. ÔÛ ñieàu kieän nhö nhau, khi taêng aùp suaát hôi trong pha khí, ñöôøng kính haït muø seõ taêng vì khi ngöng tuï ñoàng theå, aùp suaát hôi trong pha khí lôùn hôn aùp suaát hôi baõo hoøa vaøi ba laàn. Ví duï: khi cho hoãn hôïp hai doøng khí coù chöùa SO3 vaø hôi nöôùc thì ñöôøng kính haït muø seõ taêng nhö sau: Aùp suaát hôi axit trong khí Ñöôøng kính trung bình cuûa haït muø sau khi hoãn hôïp PH2SO4 . r.106 cm 0,04 1,4 0,15 2,4 0,48 2,9 0,77 3,1 Cuõng coù theå tính quan heä phuï thuoäc treân theo phöông trình: lgr = 0,25.lgP H2SO4 (1-6) ÔÛ ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng thì hôi nöôùc khoâng aûnh höôûng gì ñeán xuùc taùc vanadi nhöng noù coù theå gaây ngöng tuï hôi axit ôû thieát bò truyeàn nhieät (coâng ñoaïn tieáp xuùc) hoaëc ôû thieát bò laøm nguoäi SO3 vaø taïo muø axit (coâng ñoaïn haáp thuï)… Vì vaäy phaûi saáy khoâ hoãn hôïp khí tröôùc khi ñöa sang coâng ñoaïn tieáp theo. Khi saáy khí baèng axit sunfuric thì toác ñoä haáp thuï hôi nöôùc do toác ñoä khueách taùn qua maøng khí quyeát ñònh. Löôïng hôi nöôùc khueách taùn qua maøng khí (töùc löôïng hôi nöôùc haáp thuï ñöôïc) xaùc ñònh theo coâng thöùc: Q = K.F.(P (1-7) Q: löôïng hôi nöôùc khueách taùn, kg/h. K: Heä soá haáp thuï, kg/h.N F: beà maët tieáp xuùc pha (beà maët ñeäm), m2 (P :Ñoäng löïc cuûa quaù trình haáp thuï, N/m2 Ñoäng löïc cuûa quaù trình haáp thuï ñöôïc tính theo coâng thöùc:
(1-8) Pk, P’k : aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc trong pha khí tröôùc vaø sau khi saáy, N/m2. P1, P’1’ : aùp suaát baõo hoøa cuûa hôi nöôùc treân dung dòch axit sunfuric tröôùc vaø sau khi saáy, N/m2 Neáu aùp suaát baõo hoøa cuûa hôi nöôùc (coøn goïi laø aùp suaát caân baèng cuûa hôi nöôùc) raát nhoû so vôùi aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc trong pha khí (tröôøng hôïp saáy khí baèng dung dòch axit sunfuric ñaäm ñaëc, noàng ñoä treân 95% H2SO4) thì xaùc ñònh thôøi gian tieáp xuùc caàn thieát cuûa khí vôùi ñeäm theo phöông trình:
(1-9) ( = V/S : baùn kính thuûy löïc cuûa ñeäm, m V: theå tích töï do cuûa ñeäm, m3/m3. S: beà maët rieâng cuûa ñeäm, m2/m3. K’: heä soá haáp thuï m/s. Pk, P’k : aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc trong pha khí tröôùc vaø sau khi haáp thuï, N/m2. Ñeå taêng hieäu suaát saáy khi beà maët ñeäm nhoû nhaát, coù theå taêng heä soá haáp thuï K: K = K0.Wm (1-10) K0 : haèng soá, veà trò soá thì baèng heä soá haáp thuï khi toác ñoä khí laø 1m/s. W: toác ñoä giaû cuûa khí (toác ñoä khí ñi trong thaùp roãng), m/s. m: heä soá phuï thuoäc cheá ñoä chuyeån ñoäng cuûa doøng khí. Khi chaûy doøng m =0,5; khi chaûy xoaùy m = 0,8. Töø phöông trình (4-10) ta thaáy, khi taêng löôïng khí ñi qua thaùp saáy thì toác ñoä khí taêng, do ñoù naêng suaát cuûa thaùp cuõng taêng. Nhöng khi taêng toác ñoä khí thì trôû löïc cuûa thaùp cuõng taêng vaø löôïng axit do khí keùo theo (tia baén) cuõng taêng. Trôû löïc cuûa thaùp taêng theo tæ leä bình phöông toác ñoä khí:
(1-11) Nhö vaäy khi toác ñoä khí taêng 2 laàn thì trôû löïc thaùp taêng 4 laàn. Khi saáy khí baèng dung dòch axit sunfuric, haèng soá K0 phuï thuoäc vaøo noàng ñoä axit (ôû 500C) nhö sau: Noàng ñoä axit, %H2SO4: 80 85 90 93 95 97 98 K0 . 104 : 1,9 2,2 2,5 2,6 2,8 2,9 3,0 Khi taêng noàng ñoä axit töôùi, haèng soá haáp thuï taêng, maët khaùc aùp suaát hôi nöôùc baõo hoøa treân axit giaûm, do ñoù ñoäng löïc haáp thuï taêng. Nhö vaäy noàng ñoä axit sunfuric caøng lôùn thì beà maët ñeäm trong thaùp saáy caøng nhoû. Toån thaát SO2 theo axit saáy: Khi saáy hoãn hôïp khí loø baèng dung dòch axit sunfuric, ñoàng thôøi cuõng xaûy ra quaù trình haáp thuï SO2. Trong ñieàu kieän saûn xuaát axit chaûy ra töø thaùp saáy (noàng ñoä khoaûng 95% H2SO4, nhieät ñoä 40-50 0C) hoøa tan tôùi 0,15% SO2. Axit naøy duøng ñeå pha loaõng axit töôùi vaøo thaùp haáp thuï monohidrat. Khi pha loaõng nhieät ñoä axit taêng vaø SO2 seõ taùch ra khoûi axit vaø ñi vaøo khí quyeån ñi vaøo khí quyeån gaây toån thaát SO2. Noàng ñoä axit caøng lôùn, nhieät ñoä caøng thaáp thì toån thaát SO2 caøng cao. Khi saáy khí baèng dung dòch axit sunfuric, löôïng nhieät toûa ra raát lôùn. Vì vaäy axit bò ñun noùng vaø bay hôi moät phaàn. Hôi axit bay leân ñi theo doøng khí nguoäi hôn vaø ngöng tuï trong theå tích (taïo muø axit). Noàng ñoä dung dòch axit vaø nhieät ñoä caøng cao thì löôïng axit bay hôi caøng nhieàu, löôïng muø axit taïo thaønh caøng lôùn. Sau khi tính toaùn aûnh höôûng cuûa taát caû caùc yeáu toá keá treân, ngöôøi ta ruùt ra noàng ñoä thích hôïp cho quaù trình saáy khí laø: thaùp saáy töôùi dung dòch axit sunfuric noàng ñoä 90-95% H2SO4, nhieät ñoä axit töôùi khoaûng 45-550C. 1.5.3.3. Oxi hoùa SO2 thaønh SO3. 1.5.3.3.1. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán nhieät phaûn öùng vaø haèng soá caân baèng oxi hoùa SO2. Ta coù haèng soá caân baèng phaûn öùng theo coâng thöùc: (1-1) Quan heä phuï thuoäc giöõa haèng soá caân baèng vaø nhieät ñoä bieåu thò baèng phöông trình Vant-Hoff:
(1-12) Qp: nhieät phaûn öùng ôû aùp suaát khoâng ñoåi. R: haèng soá khí. Nhieät phaûn öùng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo ñònh luaät Kirchhoff:
(1-13) (Cp: hieäu nhieät dung cuûa saûn phaåm vaø caùc chaát ban ñaàu: (Cp =(Cso3 - (Cso2 – 0,5(Co2 Ñeå ñôn giaûn, trong khoaûng nhieät ñoä töø 400-7000C coù theå tính Qp vaø Kcb theo caùc phöông trình sau vôùi sai soá nhoû hôn 1%: Qp = 101420 – 9,26T (J/mol) (1-14) lg Kcb = (4905,5/T) – 7,1455 (1-15) 1.5.3.3.2. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát ñeán möùc chuyeån hoùa SO2. Nhieät ñoä thích hôïp – öùng vôùi moãi möùc chuyeån hoùa xaùc ñònh laø nhieät ñoä maø taïi ñoù toác ñoä phaûn öùng ñaït giaù trò cöïc ñaïi, phöông trình xaùc ñònh nhieät ñoä thích hôïp:
(1-16) Töø phöông trình treân ta thaáy, nhieät ñoä thích hôïp trong quaù trình chuyeån hoùa SO2 khoâng phaûi laø moät haèng soá maø phuï thuoäc vaøo noàng ñoä ban ñaàu a cuûa SO2 trong hoãn hôïp khí vaø möùc chuyeån hoùa x. Ñeå ñôn giaûn trong tính toaùn kó thuaät, coù theå duøng phöông trình thöïc nghieäm sau: lg(T = 2lgTcb + 5,7921 (1-17) (T = Tcb - Tth Tcb : nhieät ñoä öùng vôùi möùc chuyeån hoùa caân baèng. Nhö vaäy, muoán cho toác ñoä oxi hoaù SO2 ñaït giaù trò cöïc ñaïi phaûi tieán haønh phaûn öùng ôû nhieät ñoä thích hôïp. Khi ñoát caùc nguyeân lieäu khaùc nhau seõ thu ñöôïc hoãn hôïp khí coù thaønh phaàn khaùc nhau, do ñoù nhieät ñoä thích hôïp cuõng khaùc nhau. Hình 1.2. Aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn hoãn hôïp khí vaø möùc chuyeån hoùa SO2 ñeán nhieät ñoä thích hôïp. 1- Khi ñoát quaëng laãn 10%C (a =7%, b =6,2%) 2-,3- Khi ñoát quaëng tuyeån noåi (a =9%; b =8,1% vaø a =7%; b =11%) 4- Khi ñoát S (a =7%, b =14%) 1.5.3.3.3. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát ñeán möùc chuyeån hoùa caân baèng Vì phaûn öùng oxi hoùa SO2 laø phaûn öùng toûa nhieät, giaûm theå tích neân khi giaûm nhieät ñoä vaø taêng aùp suaát, theo coâng thöùc (1-4) möùc chuyeån hoùa caân baèng seõ taêng . Ngoaøi ra möùc chuyeån hoùa caân baèng coøn phuï thuoäc vaøo tæ leä SO2 vaø O2 trong khí loø, töùc laø phuï thuoäc vaøo daïng nguyeân lieäu vaø löôïng khoâng khí ñöa vaøo loø ñoát. Cuøng moät loaïi nguyeân lieäu, löôïng khoâng khí ñöa vaøo loø caøng nhieàu thì noàng ñoä SO2 caøng thaáp vaø noàng ñoä O2 trong khí loø caøng cao, do ñoù möùc chuyeån hoùa caân baèng caøng lôùn. 1.5.3.3.4. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán haèng soá toác ñoä phaûn öùng oxi hoùa SO2. Hình 1.3. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán haèng soá toác ñoä phaûn öùng oxi hoùa SO2 treân xuùc taùc vanadi 1- Khi x > 0,6; 2- Khi x < 0,6 Vanadil sunfat coù hoaït tính xuùc taùc thaáp (naêng löôïng hoaït hoùa E = 167,5 kJ/mol). Vì vaäy, ngay trong vuøng ñoäng hoïc, ñöôøng bieåu dieãn giöõa haèng soá toác ñoä vaø nhieät ñoä coù ñieåm gaõy ôû khoaûng 400 0C (hình 1.3) ÔÛ nhieät ñoä laøm vieäc cuûa quaù trình (treân 3800C), oxi, SO2 bò haáp phuï treân beà maët xuùc taùc, seõ taùc duïng vôùi V2O5 theo phöông trình: V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3 (1-19) V2O4 + 0,5O2 = V2O5 . (1-20) ÔÛ nhieät ñoä thaáp vaø khi noàng ñoä SO2 trong khí cao (giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình chuyeån hoùa) seõ taïo thaønh hôïp chaát vanadil sunfat: V2O5 + SO2 + SO3 = 2VOSO4. (1-21) Khi tính toaùn thöïc teá cho quaù trình oxi hoùa SO2 treân chaát xuùc taùc vanadi coù theå laáy caùc giaù trò naêng löôïng hoaït hoùa E vaø heä soá k0 theo baûng (1.3). Thöïc teá, quaù trình oxi hoùa SO2 treân caùc haït xuùc taùc duøng trong coâng nghieäp xaûy ra ôû vuøng khueách taùn trong. Vì vaäy, tính toaùn coù theå laáy caùc giaù trò haèng soá toác ñoä nhö baûng (1.4). 1.5.3.3.5. Ñoäng hoïc quaù trình oxi hoùa SO2 treân chaát xuùc taùc vanadi: Theo G.K. Borexkov vaø T.I. Xokolova ñaõ boû qua toác ñoä phaûn öùng nghòch vaø giaû thieát toác ñoä taïo thaønh SO3 phuï thuoäc vaøo noàng ñoä taát caû caùc caáu töû cuøng vôùi thöïc nghieäm ñaõ ruùt ra caùc phöông trình: ÔÛ vuøng nhieät ñoä thaáp:
(1-18) x: möùc chuyeån hoaù. k1: haèng soá toác ñoä phaûn öùng thuaän a: noàng ñoä ban ñaàu cuûa SO2. b: noàng ñoä ban ñaàu cuûa O2. (:heä soá hieäu chænh vieäc taêng noàng ñoä do giaûm theå tích chung cuûa hoãn hôïp khí sau phaûn öùng.
ÔÛ vuøng nhieät ñoä cao:
(1-19) Kcb: haèng soá caân baèng. Phöông trình ñoäng hoïc ñoái vôùi quaù trình oxi hoùa SO2 treân xuùc taùc vanadi gaàn ñuùng daïng ñôn giaûn:
=
(1-20) Vôùi kc = k1; x = X; Xp = xcb xcb : möùc chuyeån hoùa caân baèng ôû ñieàu kieän ñaõ cho. Coøn G.K. Borexkov, M.G. Xlinko, V.X. Bexkov ñaõ ñöa ra moät phöông trình ñoäng hoïc cuûa quaù trình oxi hoùa SO2 treân xuùc taùc vanadi duøng trong tính toaùn thöïc teá coù ñoä chính xaùc khaù cao:
(1-21) W: toác ñoä phaûn öùng, m3 SO3 (ñktc)/m3 xuùc taùc.giaây Pi: aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc caáu töû. k: haèng soá toác ñoä phaûn öùng, giaây-1.atm-1 Kcb: haèng soá caân baèng, atm-0,5 A: haèng soá phuï thuoäc daïng vaø kích thöôùc haït xuùc taùc nhö coâng thöùc (1-23) Thay noàng ñoä ban ñaàu vaø möùc chuyeån hoùa vaøo (1-21) ta coù:
(1-22) P: aùp suaát chung cuûa hoãn hôïp khí. Phöông trình (1-19) thieát laäp khi nghieân cöùu quaù trình oxi hoùa SO2 ôû möùc chuyeån hoùa treân 0,6; coøn phöông trình (1-22) ñöôïc giôùi haïn thay ñoåi möùc chuyeån hoùa roäng hôn (töø 0,1 ñeán 0,95). Vì vaäy, chæ khi naøo möùc chuyeån hoùa lôùn hôn 0,6 thì keát quaû tính toaùn theo caùc phöông trình treân môùi truøng nhau. 1.5.3.3.6. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä phaûn öùng oxi hoùa SO2. Luùc ñaàu ôû nhieät ñoä thaáp, khi taêng nhieät ñoä, tuy haèng soá caân baèng Kcb coù giaûm moät chuùt nhöng haèng soá toác ñoä phaûn öùng k taêng raát nhanh (töø 4000C leân 5000C haèng soá toác ñoä phaûn öùng SO2 taêng treân 30 laàn), vì vaäy toác ñoä phaûn öùng taêng nhanh. Veà sau, khi nhieät ñoä ñaõ khaù cao, neáu tieáp tuïc taêng nhieät ñoä, haèng soá taêng khoâng bao nhieâu (hoaëc khoâng ñoåi), trong khi ñoù haèng soá caân baèng laïi giaûm nhanh, vì vaäy toác ñoä phaûn öùng taêng chaäm, ñaït giaù trò cöïc ñaïi roài laïi giaûm daàn. Khi ñaït traïng thaùi caân baèng thì toác ñoä phaûn öùng baèng khoâng. 1.5.3.3.7. Aûnh höôûng cuûa hoaït tính moät vaøi chaát xuùc taùc ñeán toác ñoä phaûn öùng oxi hoùa SO2. Caùc loaïi xuùc taùc khaùc nhau thì hoaït tính cuûa chuùng cuõng khaùc nhau, ñieàu ñoù theå hieän qua hình (1-4). Hình 1.4. Hoaït tính cuûa moät vaøi chaát xuùc taùc ñoái vôùi phaûn öùng oxi hoùa SO2. 1- Pt 4- Fe2O3. 2- V2O5. 5- CuO 3- Cr2O3. 1.5.3.3.8. Aûnh höôûng cuûa möùc chuyeån hoaù ñeán löôïng xuùc taùc caàn duøng khi oxi hoaù SO2. Trong quaù trình oxi hoùa SO2, khi taêng möùc oxi hoùa seõ: - Giaûm ñöôïc haøm löôïng SO2 trong khí thaûi. - Taêng ñöôïc möùc söû duïng löu huyønh, do ñoù giaûm giaù thaønh saûn phaåm. Ñeå ñaït ñöôïc möùc chuyeån hoùa cao phaûi keát thuùc quaù trình oxi hoùa SO2 ôû nhieät ñoä thaáp maø taïi nhöõng gaàn vôùi caân baèng, haèng soá toác ñoä phaûn öùng giaûm raát nhanh, do ñoù toác ñoä phaûn öùng raát nhoû. 1.5.3.3.9. Aûnh höôûng cuûa möùc chuyeån hoaù ñeán giaù thaønh axit sunfuric. Möùc chuyeån hoùa caøng cao thì thôøi gian tieáp xuùc caàn thieát caøng lôùn, töùc löôïng xuùc taùc caàn duøng caøng nhieàu, ñieàu naøy laïi daãn ñeán vieäc taêng giaù thaønh saûn phaåm. 1.5.3.3.10. Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä SO2 ñeán naêng suaát thaùp tieáp xuùc. Xeùt aûnh höôûng cuûa noàng ñoä SO2 ñeán moät soá chæ tieâu cuûa thaùp chuyeån hoùa: Trôû löïc cuûa lôùp xuùc taùc môùi cho vaøo thaùp coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc: (P = 9,8.A.W1,74.(.h (N/m2) (1-23) W: toác ñoä giaû cuûa khí (khoâng tính ñeán theå tích xuùc taùc chieám choã), m/s. (: khoái löôïng rieâng cuûa khí, kg/m3. h: chieàu cao lôùp xuùc taùc, m A: heä soá phuï thuoäc vaøo daïng vaø kích thöôùc haït xuùc taùc. Khi toác ñoä khí baèng 0,4 ( 1,0 m/s, heä soá A coù caùc giaù trò sau: Kích thöôùc haït xuùc taùc, mm : 4 5 6 8 10 Heä soá A : 725 500 420 340 300 Ñoái vôùi xuùc taùc daïng voøng, kích thöôùc 10x10x3 mm, trong tính toaùn sô boä coù theå laáy A = 160. Khi naêng suaát vaø ñöôøng kính thaùp chuyeån hoùa khoâng ñoåi, neáu taêng noàng ñoä SO2 thì löôïng xuùc taùc caàn duøng seõ taêng nhanh, do ñoù taêng chieàu cao lôùp xuùc taùc, daãn ñeán vieät taêng trôû löïc [coâng thöùc (1-23)]. Maët khaùc, neáu giaûm noàng ñoä SO2 thì theå tích hoãn hôïp khí seõ taêng, do ñoù toác ñoä khí ñi trong thaùp taêng. Ñieàu naøy cuõng daãn ñeán vieäc trôû löïc cuûa lôùp xuùc taùc. Toác ñoä khí W vaø chieàu cao lôùp xuùc taùc h lieân heä vôùi naêng suaát N cuûa thaùp tieáp xuùc theo phöông trình: W =
vaø h =
a: noàng ñoä SO2 trong hoãn hôïp khí. C1, C2: haèng soá. ( : thôøi gian tieáp xuùc. Thay caùc bieåu thöùc treân vaøo (1-23), vaø chaáp nhaän (P, ( khoâng ñoåi, ta coù: N =
(1-24) C: haèng soá. Giaûi phöông trình (1-24) xaùc ñònh ñöôïc ñieàu kieän laøm vieäc thích hôïp cuûa thaùp tieáp xuùc, taïi ñoù naêng suaát cuûa thaùp ñaït giaù trò cöïc ñaïi öùng vôùi trôû löïc ñaõ cho. Töø ñoù, noàng ñoä SO2 thích hôïp trong hoãn hôïp khí thu ñöôïc khi ñoát caùc loaïi nguyeân lieäu khaùc nhau nhö sau: Nguyeân lieäu ban ñaàu : SO2 100% S FeS2 H2S pirit laãn than Noàng ñoä thích hôïp,% : 14 8,5 7 6,3 4,9 1.5.3.3.11. Aûnh höôûng cuûa chieàu daøi mao quaûn ñeán möùc söû duïng beà maët beân trong cuûa xuùc taùc. Khi taêng chieàu daøi mao quaûn, töùc khi taêng ñöôøng kính haït tieáp xuùc, ñaàu tieân möùc söû duïng beà maët beân trong cuûa xuùc taùc giaûm chuùt ít (khu vöïc ñoäng hoïc), sau ñoù giaûm raát nhanh, cuoái cuøng thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi chieàu daøi mao quaûn (khu vöïc khueách taùn trong). Trong coâng nghieäp, vôùi nhöõng haït xuùc taùc coù ñöôøng kính trung bình nhoû hôn 2mm thì giai ñoaïn khueách taùn hoaøn toaøn khoâng aûnh höôûng ñeán toác ñoä quaù trình oxi hoùa SO2 (möùc söû duïng beà maët trong luoân luoân xaáp xæ 1 vôùi moïi giaù trò cuûa x). Vôùi nhöõng haït lôùn hôn moät chuùt thì quaù trình oxi hoùa SO2 naèm trong vuøng trung gian giöõa ñoäng hoïc vaø khueách taùn. Chæ vôùi nhöõng haït raát lôùn thì quaù trình môùi hoaøn toaøn naèm trong mieàn khueách taùn trong. Nhö vaäy, haït xuùc taùc caøng nhoû thì möùc söû duïng beà maët trong cuûa noù caøng lôùn, do ñoù löôïng xuùc taùc cuûa noù caøng ít, nhöng trôû löïc cuûa lôùp xuùc taùc caøng lôùn gaây tieâu hao naêng löôïng vaän chuyeån khí caøng cao. 1.5.3.3.12. Aûnh höôûng cuûa ñöôøng kính haït xuùc taùc ñeán tieâu hao chung . Choïn ñöôøng kính thích hôïp cuûa haït xuùc taùc phaûi ñaûm baûo quaù trình oxi hoùa SO2 xaûy ra trong mieàn trung gian giöõa vuøng ñoäng hoïc vaø khueách taùn, nhaèm giaûm tôùi möùc thaáp nhaát löôïng xuùc taùc caàn duøng cuõng nhö naêng löôïng tieâu hao ñeå khaéc phuïc trôû löïc cuûa lôùp xuùc taùc. 1.5.3.3.13. Aûnh höôûng cuûa toác ñoä khí ñeán ñöôøng kính thích hôïp cuûa haït xuùc taùc ôû caùc möùc chuyeån hoaù khaùc nhau. Kích thöôùc thích hôïp cuûa haït xuùc taùc phuï thuoäc raát nhieàu yeáu toá: hoaït tính, giaù thaønh vaø tuoåi thoï cuûa xuùc taùc, toác ñoä khí, tieâu hao naêng löôïng ñeå khaéc phuïc trôû löïc cuûa lôùp xuùc taùc. 1.5.3.4. Haáp thuï SO3 vaø H2SO4 thaønh oleum. 1.5.3.4.1. Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä vaø nhieät ñoä axit ñeán heä soá K0. Hình 1.5. Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä vaø nhieät ñoä axit ñeán heä soá K0 Tröôøng hôïp löôïng hôi nöôùc trong khí nhoû hôn löôïng SO3 thì seõ xaûy ra ñoàng thôøi caû hai quaù trình: ngöng tuï hôi axit sunfuric vaø haáp thuï SO3. Cô cheá quaù trình haáp thuï SO3 cuõng töông töï nhö quaù trình saáy khí (haáp thuï hôi nöôùc baèng axit sunfuric). Do ñoù theo coâng thöùc (1-7), ta coù: Q = K.F.(P Q: löôïng SO3 haáp thuï ñöôïc, kg/h. K: Heä soá haáp thuï, kg/m2.h.mm Hg (P :Ñoäng löïc cuûa quaù trình haáp thuï. K = K0. W0,8 K0: Heä soá phuï thuoäc vaøo noàng ñoä vaø nhieät ñoä axit. W: Toác ñoä giaû cuûa khí ñi trong thaùp, m/s. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø noàng ñoä axit ñeán heä soá K0 ñöôïc theå hieän trong hình (1-5) 1.5.3.4.2. Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä vaø nhieät ñoä axit ñeán hieäu suaát, toác ñoä haáp thuï SO3. Quaù trình haáp thuï SO3 toát nhaát laø ôû nhieät ñoä thaáp vaø khi noàng ñoä axit töôùi laø 98,3%H2SO4. Noàng ñoä axit caøng nhoû thì aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc treân ñoù caøng lôùn vaø hôi H2SO4 taïo thaønh caøng nhieàu. Nhieät ñoä caøng cao thì löôïng hôi nöôùc bay hôi caøng cao töø dung dòch caøng nhieàu. Toác ñoä taïo muø caøng lôùn vaø toác ñoä cuõng nhö hieäu suaát haáp thuï caøng giaûm. Vì vaäy, nhieät ñoä caøng cao thì aùp suaát rieâng phaàn cuûa SO3 caøng lôùn do hieäu suaát vaø toác ñoä caøng nhoû. 1.5.3.4.3. Caân baèng nöôùc trong heä thoáng: Do haáp thuï hôi nöôùc trong hoãn hôïp khí neân axit ôû thaùp saáy bò pha loaõng ra, löôïng axit naøy seõ chuyeån sang coâng ñoaïn haáp thuï, ôû ñoù löôïng nöôùc trong axit phaûn öùng vôùi SO3 taïo thaønh H2SO4. Löôïng nöôùc theo axit saáy sang coâng ñoaïn haáp thuï caøng ít thì phaàn saûn phaåm laáy ra ôû daïng oleum caøng nhieàu. Phaàn oleum saûn xuaát ñöôïc cuõng phuï thuoäc caû vaøo noàng ñoä SO2 vì noàng ñoä SO2 caøng lôùn thì theå tích hoãn hôïp khí ñi qua coâng ñoaïn röûa caøng nhoû, do ñoù löôïng nöôùc ñi theo khí caøng ít. Neáu löôïng nöôùc haáp thuï ôû thaùp saáy khoâng ñuû ñeå taïo thaønh axit sunfuric coù noàng ñoä qui ñònh thì phaûi boå sung nöôùc vaøo coâng ñoaïn haáp thuï hoaëc vaøo coâng ñoaïn saáy. Neáu axit saáy khoâng nhaû heát SO2 hoøa tan trong ñoù thì toát nhaát laø boå sung nöôùc vaøo thuøng chöùa cuûa thaùp haáp thuï monohidrat ñeå giaûm löôïng axit saáy vaø do ñoù giaûm toån thaát SO2 hoøa tan trong axit ñoù. Neáu chæ saûn xuaát axit sunfuric ñaäm ñaëc maø khoâng saûn xuaát oleum thì laïi boå sung nöôùc vaøo thuøng chöùa cuûa thaùp saáy ñeå ñôn giaûn caùc ñöôøng oáng daãn axit. 1.5.4. Caùc qui trình coâng ngheä saûn xuaát axit sunfuric: 1.5.4.1. Qui trình coâng ngheä saûn xuaát axit sunfuric theo phöông phaùp tieáp xuùc töø quaëng pirit. Khí loø töø loø ñoát quaëng ñöôïc laøm nguoäi trong noài hôi taän duïng nhieät, taùch buïi trong xyclon vaø loïc ñieän khoâ, coù nhieät ñoä 300-4000C ñi vaøo coâng ñoaïn laøm saïch khí ñeå taùch caùc taïp chaát coù haïi ñoái vôùi chaát xuùc taùc. Ôû thaùp röûa töôùi dung dòch axit sunfuric noàng ñoä töông ñoái thaáp, caùc taïp chaát trong khí phaàn lôùn chuyeån vaøo haït muø axit. Chæ moät phaàn raát nhoû muø axit ñöôïc taùch ôû caùc thaùp röûa, phaàn coøn laïi taùch ôû thaùp loïc ñieän öôùt vaø taêng aåm. Do laøm nguoäi hoãn hôïp khí, nhieät ñoä axit sunfuric sau khi töôùi vaøo caùc thaùp röûa vaø taêng aåm seõ taêng. Vì vaäy, tröôùc khi ñöôïc töôùi tuaàn hoaøn laïi caùc thaùp, caùc dung dòch axit phaûi ñöôïc laøm nguoäi trong caùc giaøn laøm nguoäi axit. Hoãn hôïp khí sau khi qua thaùp saáy ñeå taùch hôi nöôùc vaø thaùp taùch gioït ñeå taùch caùc gioït axit cuoán theo doøng khí, nhôø quaït khí chung cuûa heä thoáng thoåi qua truyeàn nhieät ngoaøi vaø caùc truyeàn nhieät trung gian trong thaùp tieáp xuùc ñeå taêng nhieät ñoä ñeán nhieät ñoä hoaït tính cuûa xuùc taùc roài vaøo caùc lôùp xuùc taùc thöù nhaát. Vì quaù trình oxi hoùa SO2 toûa raát nhieàu nhieät, neân hoãn hôïp khí chöùa SO3 sau khi chuyeån hoùa seõ nhöôøng löôïng nhieät ñoù cho hoãn hôïp khí SO2 môùi, tieáp tuïc laøm nguoäi ôû thieát bò laøm nguoäi SO3 tröôùc khi vaøo caùc thaùp haáp thuï. Quaù trình haáp thuï SO3 (ôû caùc thaùp haáp thuï) vaø haáp thuï hôi nöôùc (ôû caùc thaùp saáy) toûa nhieàu nhieät laøm axit töôùi bò noùng leân. Vì vaäy axit chaûy töø ra töø caùc thaùp ñoù phaûi ñöôïc laøm nguoäi tröôùc khi töôùi tuaàn hoaøn trôû laïi. Do haáp thuï SO3 neân noàng ñoä axit töôùi ôû caùc thaùp haáp thuï seõ taêng. Ñeå giöõ noàng ñoä axit töôùi khoâng ñoåi, phaûi boå sung axit saáy vaøo thuøng chöùa axit monohidrat, boå sung axit monohidrat vaøo thuøng chöùa oleum. Ôû thaùp saáy, do haáp thuï hôi nöôùc neân noàng ñoä axit töôùi giaûm. Vì vaäy phaûi boå sung axit töø thaùp monohidrat sang. Löôïng axit saáy dö lieân tuïc ñöa veà kho chöùa axit monohidrat. ÔÛ coâng ñoaïn röûa, do haáp thuï muø axit neân noàng ñoä axit chaûy ra töø thaùp taêng aåm taêng, phaûi boå sung nöôùc ñeå giöõ cho noàng ñoä oån ñònh. Löôïng axit dö ñöa sang thaùp röûa II. L